Modulo di Informatica Le reti telematiche e Internet Lezione 4.

Modulo di Informatica

Le reti telematiche e InternetLezione 4

AA 2005/06© Alberti, Bruschi, Rosti

Reti e Internet

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Le Reti Telematiche

• Insieme di cavi, protocolli, apparati di rete che collegano tra loro computer distinti• I cavi trasportano fisicamente le informazioni

opportunamente codificate• Dedicati o condivisi

• I protocolli definiscono le regole e il modo per trasferire le informazioni

• Proprietari o standard pubblici

• Gli apparati di rete codificano l‘informazione e la inviano sui cavi


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Le Reti Telematiche

• Permettono di condividere risorse• Stampanti, elaboratori, dischi

• Migliorano l‘affidabiltà del sistema• Replicazione di archivi• Ridistribuzione del carico di elaborazione in caso

di guasto di un‘unità

• Realizzano grandi sistemi di calcolo a partire da tanti piccoli elaboratori• Sistemi distribuiti


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Le Reti Telematiche

• Permettono di accedere a informazioni remote• Database, file system

• Permettono di comunicare tra persone• email, chat, irc, news, bbs, video-

conferenza

• Forniscono intrattenimento • video on demand, musica on line


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Le Reti Telematiche • Rappresentate mediante grafi

• vertici: nodi della rete• computer (host) e terminali• apparati di rete o elementi di commutazione

(router, gateway)

• archi: connessioni tra i nodi• cavi, collegamenti satellitari, aria


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Le Reti Telematiche

• Ogni host sulla rete è identificato univocamente da• Un indirizzo simbolico e uno numerico

• athena.cs.wm.edu = 128.239.26.67

• I campi dell‘indirizzo identificano gerarchicamente la macchina nella rete• la gerarchia dalla macchina alla rete si legge da

sin a dx nell‘indirizzo simbolico• la gerarchia dalla macchina alla rete si legge da dx

a sin nell‘indirizzo numerico


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Le Reti Telematiche

• Ad esempio• athena.cs.wm.edu = 128.239.26.67

• edu (128): la rete della ricerca & istruzione USA• wm (239): l‘istituzione• cs (26): il dipartimento• athena (67): la macchina


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Le Reti Telematiche

• Gli indirizzi sono forniti ufficialmente da un ente (IANA) che tiene traccia di tutti quelli già usati e quelli ancora liberi

• Il suffisso simbolico è fisso• .edu: education - solo per gli USA• .com: commerciale, internazionale ormai• .mil: militare - solo per gli USA• .gov: enti governativi - solo per gli USA• .it, .fr, .de, .uk, .au, .es, .ch ecc. per gli altri paesi


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Le Reti Telematiche

• L‘informazione è inviata suddivisa in pacchetti• unità minima di trasmissione• composti da intestazione (header) e dati (payload)• instradabili indipendentemente

• ciascuno contiene mittente e destinatario e le informazioni necessarie per ricomporre i pacchetti nel formato originale dell‘informazione


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Le Reti Telematiche

• Le reti sono classificabili in base alla• tecnologia di trasmissione

• a diffusione (broadcast)• punto a punto (dette anche store-and-forward o a pacchetti

commutati)

• oppure in base alla• scala (distanza tra i nodi)

• interna all‘elaboratore• locale• metropolitana• geografica• internetwork


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Tecnologia di Trasmissione

• Reti broadcast• tutti i nodi condividono un unico canale di

comunicazione• l‘informazione spedita dalla sorgente viene

ricevuta da tutti i nodi della rete• solo la destinazione la elabora

• usata in genere in reti piccole e localizzate• reti locali (dette LAN, Local Area Network)

• all‘interno di un edificio, al più coprono qualche KM• un solo cavo per tutte le macchine• velocità intorno a 100 Mbps (megabit al s) pari a

1.000.000 di bit• pochi errori di trasmissione


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• reti senza filo o wireless• versione evoluta della radio di Marconi• possono essere mobili

• modello cellulare (telefonia)

• o statiche• modello a infrarossi (periferiche senza cavo)

• usate molto in campo militare e in caso di disastri (terremoti, ecc.)

• sempre più diffuse nel mondo commerciale• velocità di trasmissione di 1-2 Mbps• più soggette a errore e interferenza nelle trasmissioni


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• Reti punto a punto• connessioni tra coppie di nodi• l‘informazione raggiunge la destinazione

attraversando i nodi intermedi sul cammino dalla sorgente ad essa (store-and-forward)

• ciascun nodo intermedio deve sapere in quale direzione far proseguire i pacchetti

• gli algoritmi di ricerca del cammino• tolleranza ai guasti grazie a cammini multipli

• usata in reti di grandi dimensioni


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Scala

• Rete locale (LAN, Local Area Network)• collega i computer di una stanza, edificio, campus

• si estende al più per pochi kilometri

• è mediamente veloce (fino a 1Gbps)• il tempo massimo di comunicazione è legato alle

dimensioni fisiche della rete

• è in genere privata• i cavi sono usati in modo esclusivo dal proprietario


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Scala

• Rete locale (LAN, Local Area Network)• spesso usa una tecnologia di trasmissione

broadcast• differenti tipologie di architetture

• caratteristica comune: non occorre l‘instradamento die messaggi

• tutti i messaggi generati da ciascuna macchina arrivano a tutte le macchine della rete locale.

• Ogni macchina decide poi se il messaggio la riguarda, e lo legge oppure lo scarta.

• La topologia che inizialmente ebbe il sopravvento fu quella a stella, direttamente derivata da quella adottata per i mainframe.


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Reti locali a stella

• a stella: un grande calcolatore (mainframe) al quale sono connesse altre macchine con una modalità operativa a partizione di tempo. Gli utenti si alternano nell‘uso della macchina centrale rapidamente tanto da simulare il possesso totale della risorsa.


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Reti locali a Bus

• a bus: cavo lineare condiviso a cui sono collegati tutti i computer della rete che trasmettono a turno, secondo una regola di arbitraggio, e che ascoltano simultaneamente• Ethernet


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Reti locali ad anello

• ad anello: tutti i computer sono collegati a un anello, in cui viaggiano i byte di informazione, i computer trasmettono a turno secondo la regola di arbitraggio adottata• Token Ring


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Scala

• Rete metropolitana (MAN, Metropolitan Area Network)• collega i computer di vari edifici a livello cittadino• usa spesso la stessa tecnologia delle LAN• esiste anche uno standard specifico, che introduce

due bus e distingue le direzioni di traffico• Distributed Queue Dual Bus

• può trasportare dati e voce• può essere privata o pubblica


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Scala

• Rete geografica (WAN, Wide Area Network)• collega i computer su ampi territori, ad es.

nazionale• usa linee di comunicazione a larga banda

• dorsali o canali

• usa router o elementi di commutazione• computer specializzati per collegare due o più linee di

trasmissione• decidono su quale linea in uscita instradare i pacchetti in

arrivo per farli arrivare a destinazione


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Scala

• Rete geografica (WAN, Wide Area Network)• l‘insieme delle linee di comunicazione e dei router

forma una sottorete• gli host stanno sulle LAN che comunica con la sottorete

tramite un router

• usa linee di comunicazione pubbliche• linee telefoniche (point to point)• canali satellitari (broadcast)

• la topologia è molto complessa e irregolare


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Scala

• Internetwork• aggregazione di varie reti

• tecnologia e scala diverse• una collezione di LAN collegate da una WAN

• hardware e software diversi

• gateway come elementi di collegamento• traducono i formati dei pacchetti • conoscono il software di entrambe le reti che si vogliono

collegare• fanno comunicare reti di diverso tipo

• Internet - La Rete delle reti• quella internetwork particolare, nata per raccordare università

e centri di ricerca


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Software delle Reti


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Software delle Reti

• Organizzato a livelli per ridurne la complessità• il numero dei livelli e le loro funzionalità dipendono

dal tipo di rete• le macchine comunicano logicamente per pari

livelli (peer)• il livello x su A parla con il livello x di B

• ogni livello comunica fisicamente solo con i due adiacenti, superiore e inferiore (se esistono) tramite un‘interfaccia


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Software delle Reti

• l‘interfaccia definisce le operazioni primitive e i servizi che il livello sottostante offre a quello soprastante

• le regole per la comunicazione sui vari livelli si chiamano protocolli

• stabiliscono come la comunicazione deve procedere e il formato dei pacchetti


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Software delle Reti

• Pila dei protocolli• insieme dei protocolli usati ai vari livelli di

una rete• ogni protocollo aggiunge un‘instestazione

al messaggio con le informazioni che servono al livello omologo all‘altro capo della comunicazione per interpretare il messaggio


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Software delle Reti

Esempio di livelli, protocolli e interfacce

livello 4

livello 3

livello 1

livello 4

livello 3

livello 2 livello 2

livello 1

protocollo di livello 4




A B

mezzo fisico

interfaccia di livello 3-4




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Tipologia di Servizi

• Servizi orientati alla connessione• si stabilisce una connessione tra sorgente

e destinazione che dura per tutta la durata della connessione

• come nel telefono• i dati arrivano nell‘ordine in cui sono spediti


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• Servizi privi di connessione• non esiste connessione tra gli estremi

permanente durante la trasmissione• come nel sistema postale

• i messaggi possono non arrivare nell‘ordine di spedizione

• possono essere inaffidabili• con e senza conferma di ricezione


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• La qualità del servizio (QoS, Quality of Service) caratterizza le prestazioni dei servizi• alcuni servizi sono affidabili

• non perdono mai i dati

• garantiscono tempi di consegna• garantiscono una certa capacità di

trasmissione (banda)• trasmissione digitale di audio e video


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Servizi vs protocolli

• Un servizio:• Insieme di operazioni primitive che un

livello fornisce ad un livello superiore• definisce le funzionalità che quel livello

dispone

• Un protocollo:• Insieme delle regole che governano il

formato e il significato dei blocchi di informazione e dei pacchetti scambiati


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Architettura delle Reti


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Architettura delle Reti

• L‘insieme dei livelli e dei protocolli si chiama architettura di rete

A

segretario

interprete

I like rabbits

Mi piacciono i conigli

Fax: ++39-…mi piacciono i conigli

B

interprete

segretarioFax: ++39-…mi piacciono i conigli

Mi piacciono i conigli

J’aime les lapins


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L‘architettura TCP/IP

• L‘architettura che ha portato a Internet• Transmission Control Protocol/Internet Protocol • definita nel 1974 da Vinton Cerf per superare

problemi di compatibilità tra protocolli esistenti

• Composta da 4 livelli• applicazione• trasporto• internet• rete (fisico)


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• Livello rete• qualunque protocollo in grado di

trasportare pacchetti che usano il protocollo Internet - IP

• l‘architettura non specifica alcun requisito• Ethernet, Arpanet, packet radio


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• Livello internet• usa l‘Internet Protocol• definisce un tipo di pacchetto in cui spezza i dati

che riceve dal livello superiore• dimensioni dell‘header e del payload, informazioni

nell‘header• privo di connessione• non garantisce l‘ordine di consegna• non garantisce la consegna• i pacchetti possono seguire percorsi diversi

• trasparente all‘utente finale


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• Livello trasporto• frammenta in pacchetti la sequenza di byte da

trasmettere, la riorganizza all‘arrivo• usa il Transport Control Protocol

• orientato alla connessione• garantisce l‘ordine dei pacchetti• garantisce la consegna• garantisce la correttezza dei byte trasmessi

• ritrasmette in caso di errore

• controlla il flusso perché un ricevente lento non soffochi a causa di un trasmittente veloce


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• Livello trasporto• oppure usa lo User Datagram Protocol

• privo di connessione• non garantisce l‘ordine dei pacchetti• inaffidabile• veloce• non controlla la correttezza• adatto per servizi in cui il tempo di risposta è più

importante della correttezza• video, audio


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• Livello applicazione• contiene i protocolli di alto livello che i prodotti

software usano per offrire servizi agli utenti finali• ogni protocollo è associato ad una porta sulla

macchina che lo esegue• la coppia <indirizzo della macchina, porta> individua

univocamente la connessione• serve per smistare le varie connessioni ai vari protocolli

• la connessione viene stabilita solo se è presente il servizio su quella data porta


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• Protocolli applicazione• SMTP: Simple Mail Transfer Protocol - email

• porta 25

• POP: Post Office Protocol - lettura remota della posta elettronica

• porta 110

• HTTP: HyperText Transfer Protocol - web• porta 80


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• Protocolli applicazione• NNTP: Network News Transport Protocol - news

• porta 119

• FTP: File Transfer Protocol - trasferimento file• porta 21

• Telnet: collegamento terminale remoto• porta 23

• DNS: Domain Name Service - rubrica • porta 53


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Internet

• Internet - La Rete delle reti

• Nasce come ARPANET a metà degli anni 60• rete di controllo che potesse sopravvivere

ad una guerra nucleare• la resistenza ai guasti e è garantita dalla

natura punto-a-punto con ridondanza di cammini


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Internet

• Progetto del Department of Defense USA• ARPANET (Defense) Advanced Research

Project Agency• risposta allo Sputnik sovietico del 1957• sponsorizza la ricerca presso università e

laboratori di ricerca

• la rete è di uso esclusivo militare e di ricerca


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Internet

• Nodi ARPANET• dicembre 1969

• UCSB, UCLA, SRI, Utah

• marzo 1971• UCSB, UCLA, SRI, Utah, Stanford, SDC, Rand, Uillinois,

MIT, BBN, Lincoln Lab, Harvard, Burroghs, CASE, Carn

• 1983• migliaia di nodi• viene separata la MILNET

• 1990• integra NSFNET, BITNET, HEPNET, SPAN, EARN• ARPANET viene smantellata


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Internet

• Nodi ARPANET• 1990

• integra NSFNET, BITNET, HEPNET, SPAN, EARN

• ARPANET viene smantellata, ormai sostituita da Internet


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Internet• 1974: viene proposto TCP/IP per superare le

difficoltà di connessione tra reti diverse• integrato in Unix, UC at Berkeley

• 1991: viene proposto http e il World Wide Web• CERN, Ginevra• la rete diventa anche commerciale• la dimensione raddoppia ogni anno• 2000: milioni di host

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